[发明专利]基于硅纳米线阵列的太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池，包括背电极(6)和N型硅衬底(5)，其特征在于：N型硅衬底(5)的上表面采用纳米线阵列结构，该纳米线阵列结构上表面依次层叠有本征非晶硅层(4)、P型非晶硅层(3)和ITO氧化铟锡透明导电膜(2)，纳米线阵列结构的顶端设有正电极(1)。

2.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于：P型非晶硅层(3)和本征非晶硅层(4)的厚度均为10-15nm。

3.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于：硅纳米线阵列结构中每根硅纳米线的直径为40-80nm，长度为5-10μm。

4.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于：N型硅衬底(5)厚度为200-400μm。

5.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于：正面电极(1)采用厚度为20nm/20nm/40nm的钛-镍-铝多层金属材料。

6.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于：背电极(6)采用厚度为60nm的金属铝材料。

7.一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

1)对N型硅衬底进行清洗；

2)将清洗后的N型硅衬底置于浓度为15％—30％的KOH溶液中，加热至65-70℃，浸泡10分钟，对其进行抛光处理，去除N型硅衬底的表面机械损伤；

3)在N型硅衬底上刻蚀形成硅纳米线阵列；

3a)在N型硅衬底上电子束蒸发厚度为50nm-10μm的金属铝；

3b)将蒸发有金属铝的样片置于0.3mol/L草酸或质量分数为15％的硫酸溶液中进行电化学腐蚀，形成小孔；

3c)将经过电化学腐蚀后的样片放入质量分数为5％的磷酸或质量分数为6％的磷酸与质量分数为1.8％的铬酸混合液中浸泡，去除小孔底部与下层硅接触的氧化铝并改变小孔的尺寸，形成规则的网状多孔阳极氧化铝薄层；

3d)在步骤3c)形成的多孔阳极氧化铝薄层表面再电子束蒸发一层厚度为5-10nm的金属镍层，并用碱溶液去除电阳极氧化铝薄层，在N型衬底上得到金属镍纳米颗粒点阵；

3e)利用步骤3d)得到的金属镍纳米颗粒点阵作为模板，干法刻蚀N型硅衬底，得到硅纳米线阵列，再用酸性溶液去除金属镍纳米颗粒；

4)在表面有硅纳米线阵列结构的N型衬底上采用等离子体增强化学气相沉积PECVD淀积厚度10-15nm的本征非晶硅层；

5)在本征非晶硅层上采用等离子体增强化学气相沉积PECVD淀积厚度为15-20nm的P型非晶硅层；

6)在P型非晶硅层上采用磁控溅射沉积ITO氧化铟锡透明导电薄膜，作为透明导电极；

7)在ITO氧化铟锡透明导电薄膜上采用电子束蒸发工艺依次沉积厚度为20nm/20nm/40nm的金属钛、镍、铝，并刻蚀形成正电极；

8)在N型硅衬底背面采用电子束蒸发工艺沉积厚度为60nm铝作为背电极；

9)将正面和背面蒸发有金属电极的样片进行热退火处理，使电子束蒸发的金属与和它们接触的材料合金化，形成电极，完成基于硅纳米线阵列太阳能电池的制备。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于步骤1)中所述的对N型硅衬底清洗其步骤如下：

1a)使用丙酮和异丙醇对N型硅衬底交替进行超声波清洗，以去除衬底表面有机物污染；

1b)配置1：1：3的氨水、双氧水、去离子水的混合溶液，并加热至120℃，将N型硅衬底置于此混合溶液中浸泡12分钟，取出后用去离子水冲洗，以去除N型硅衬底表面无机污染物；

1c)将N型硅衬底用HF酸缓冲液浸泡2分钟，去除表面的氧化层。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于步骤4)中所述的等离子体增强化学气相淀积，其沉积功率为100W，SiH₄与H₂浓度比为1：200，反应室压强100Pa，基板温度300℃。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于步骤5)中所述的等离子体增强化学气相沉积，其沉积功率为100W，SiH₄与B₂H₆浓度比为100:1，SiH₄与CH₄浓度比为5：1，反应室压强100Pa，基板温度250℃。